현실 세계에 존재하는 이상적인 opamp가 있습니까?
이상적인 opamp가 판매되고 있습니까? 이상적인 opamp는 적절한 방정식 (음수 및 양수 피드백)에서 출력을 계산할 수있는 사람들을 의미합니다.
나는 Falstad에서 시뮬레이션을 실행하고 있고 실제 opamp (공급 핀이 처음에 연결되지 않은 것)는 내가 아는 이론과는 매우 다른 결과를 제공하기 때문에 이것을 묻습니다.
예를 들어 실제 연산 증폭기에 부정적인 피드백을 넣고 피드백 저항과 입력 저항을 VEE에 GND에 연결하고 VCC를 10V에 입력 값 3V와 동일하게 연결합니다. 2V의 출력 값을 예상했지만 기본적으로 전압 분배기를 보여주었습니다. 시뮬레이터가 좋지 않습니까?
이상적인 opamp를 사용하여 많은 회로를 설계했으며 이제 이러한 회로를 실제 opamp가있는 회로로 변환해야합니다.
답변
이상적인 연산 증폭기는 없지만 실제 부품은 입력 전압 제한, 출력 전압 및 전류, 이득, 대역폭 및 노이즈를 포함하되 이에 국한되지 않는 제한 내에서 거의 근사합니다. 물론 실제 부품에 대한 실제 한계는 장치마다 다릅니다.
현실 세계에는 이상적인 opamp가 없습니다 (초전도성이 있어야하고 입력 단자에 전류를 제로로 끌어오고 출력에 무한한 양의 전류를 공급해야 함) 실제 opamp와 함께 LT 스파이스 (또는 기타 스파이스 패키지)를 사용하여 실제를 시뮬레이션합니다. 세계 opamps.
모든 실제 연산 증폭기에는 오프셋 및 공통 모드 범위와 소싱 할 수있는 전류 제한이 있습니다. 또한 전압 레일에 제한이 있습니다. Lt spice는 거의 모든 것을 시뮬레이션합니다.
들어 있는 당신은, "<무언가> 이상적"그들이 얘기하고 뭔가를 약 누군가의 이야기를 듣는다면 공학 문제에 대한 이상적인 형태로 존재하지 않습니다 . 이런 종류의 형태는 플라톤의 형태 이론에서 비롯됩니다. 그곳에는이 이상적인 세계 가 있고이 세상의 모든 것은 불완전한 그림자 일뿐입니다.
이것은 연산 증폭기의 스페이드로 계산됩니다. 이것이 바로 오늘날 DigiKey 웹 사이트에서 "선형-증폭기-계측기, OP 증폭기, 버퍼 증폭기"아래에 38,955 개의 서로 다른 부품 번호를 나열하는 이유 일 것입니다.
에 대한 대답 어떤 형태의 질문 "나는 <무언가> 이상적인를 살 수있다"는 없습니다 더 .
이상적인 연산 증폭기 모델은 유용한 피드백 시스템을 설계하기위한 수학을 단순화하기 위해서만 존재하는 휴리스틱입니다.
네거티브 피드백 이있는 실제 연산 증폭기 시스템 에서는 입력 단자간에 작지만 중요한 전압 차이가 있습니다. 오프셋 전압이있는 전압 이득에 대한 출력 방정식이 주어지면 :
$$ V_{out} = A_{v} (V_{+} - V_{-} + V_{os}) $$
에 대한 해결 \$V_{+}\$ 수확량
$$ V_{+} = (V_{out} / A_{v}) + V_{-} - V_{os} $$
이 방정식은 \ 의 범위를 추정하는 데 유용합니다.$V_{+}\$최악의 오프셋 전압 범위가 주어지면 \$V_{os}\$최악의 경우 전압 이득 \$A_{v}\$. 이는 개방 루프 이득이 제한 될 때 (예 : 연산 증폭기의 주파수 제한 근처) 또는 오프셋 전압에 영향을 미칠 수있는 온도 변화를 고려할 때 고려해야하는 2 차 효과입니다. 그러나 피드백 네트워크의 초기 설계의 경우 이러한 효과는 무시할 수 있습니다. 시스템이 적절하게 수렴되면 피드백에 의해 오류가 수정됩니다. 초기 설계 중에 전압 차이가 무엇인지 추정하기는 어렵지만 시스템이 작동하는지 여부는 전압 차이가 작고 무시할 만하다는 것을 알고 있습니다. 우리는 이상적인 연산 증폭기 모델을 가정하여 설계 그래서 \$V_{+} = V_{-}\$(두 노드 사이에 전류가 없음) \$V_{+}\$ 초기 설계가 완료된 후.
이상적인 연산 증폭기 모델에는 미묘한 모순이 있습니다.
입력 오프셋 전압 오류 없음 ( \$V_{os} = 0\$)
무한 개방 루프 전압 이득 ( \$A_{v} = {infinity}\$)
네거티브 피드백의 경우 이상적인 연산 증폭기는 반전 입력을 비 반전 입력과 정확히 동일한 전압으로 구동합니다. 그러나 \$V_{+}\$및 \$V_{-}\$, 이상적인 연산 증폭기 출력은 항상 0이되어 쓸모가 없게 됩니다.
이것은 '무한 이득'으로 나눈 효과 일뿐입니다. 0으로 나누는 것처럼 모델이 분해되는 영역 일뿐입니다. 때때로 자습서 에서 \ 사이에 " 가상 짧은 "에 대한 참조를 볼 수 있습니다.$V_{+}\$및 \$V_{-}\$즉, (거의) 전압이 거의 같지만 실제 물리적 연결로 교체하면 전류가 흐를 수 있고 피드백 시스템이 더 이상 작동하지 않습니다. "virtual short"아이디어는 시스템을보다 쉽게 분석하고 구성 요소 값을 선택할 수 있도록 단순화 한 것입니다.
이상적인 연산 증폭기에는 다른 몇 가지 불가능한 특성도 있습니다.
외부 전원 공급 장치 레일이 없으므로 출력 스윙은 무제한이며 숨겨진 영구 마법 전원에서 출력에 연결된 모든 종류의 부하에 무제한 에너지를 제공합니다.
출력 임피던스가 없으므로 신호 손실이나 과열없이 1000000A를 구동 할 수 있습니다.
내부 PN 접합 또는 기타 내부 기관이 없으므로 입력 공통 모드 범위는 무제한이며 입력 사이에 1000000V가 있어도 손상되지 않습니다. 또한 PN 접합이 없다는 것은 샷 노이즈가 없음을 의미하고 저항성 요소가 없다는 것은 Johnson 노이즈가 없음을 의미합니다.
회로 설계자의 마음 속에 만 존재하기 때문에 제조 비용이 들지 않습니다.
모든 모델과 마찬가지로 이상적인 연산 증폭기 모델은 유용한 영역을 벗어납니다.
물론 대역폭 요구 사항, 수행하려는 작업 및 측정 능력의 정밀도에 따라 다릅니다.
주파수가 낮 으면 구형파 스타일 전환이없고 신호가 잡음이나 전자의 전하 및 측정의 시간 척도에 비해 강하다면 원하는만큼 이상에 가깝게 될 수 있습니다. 또는 이상과 구별 할 수 없습니다.
실제 회로에서는 구별 할 수 없을 정도로 이상적으로 작동하는 저항 및 커패시터와 같은 피드백 요소도 필요합니다. 이것이 아날로그 계산 및 제어가 작동하는 이유입니다.
그러나 이론적 의미에서 이상적인 연산 증폭기를 가질 수는 없습니다. 이를 위해서는 무한 이득, 완벽한 선형성 및 기타 무한 성과 완벽 성이 필요합니다.
당신은 정말로 이상적인 연산 증폭기를 원하지 않습니다. 제가 가장 좋아하는 책 중 하나 인 'OP AMPS for EVERYONE'(Bruce Carter와 Ron Mancini)을 인용하겠습니다.
이름 \${\it ideal\ op\ amp}\$op am의 두드러진 매개 변수가 완벽하다고 가정하기 때문에 이것과 유사한 분석에 적용됩니다. 엔지니어는 이상적인 연산 증폭기가 때때로 존재하기를 원할 수 있지만 그러한 구성 요소가 실제로 존재한다면 알려진 우주를 파괴 할 것입니다! 설명은 장 끝 부분을 참조하십시오 ...
이상적인 연산 증폭기의 사양은 다음과 같습니다.
\$\bullet\$공급 전류를 소비하지 않으므로 전원 공급 장치가 없습니다. 따라서 위험하기 위해 전원을 켤 필요조차 없습니다!
\$\bullet\$그것은 전혀 없습니다 \를$ V_{OH}\$및 \$V_{OL}\$전원 공급 장치가 없기 때문에 제한됩니다. 따라서 출력 전압은 \$\pm \infty V\$.
\$\bullet\$ 출력 저항이 제로이므로 각 극한 전압에서 무한 전류를 공급할 수 있습니다.
\$\bullet\$ 무한 이득을 가지므로 가장 작은 입력 신호로도 양 및 음의 무한 전압으로 스윙 할 수 있습니다 (즉, 피드백 구성 요소 없음).
\$\bullet\$ 무한 슬 루율을 가지므로 두 레일 모두 즉시 파괴됩니다.
따라서 전원이 공급되지 않은 상태로 테이블 위에 놓인 이상적인 연산 증폭기는 즉시 양극 단자와 음극 단자 사이의 양자 차이를 가져와 무한 전류에서 무한 전압 출력으로 그 차이를 증폭합니다. 그 결과 전력의 급증은 빛의 속도로 연산 증폭기에서 방출되는 파괴의 구체가 될 것입니다!